實驗一  光敏電阻光控開關系統設計實驗

 

　　一、實驗目的
 

　　1、掌握光敏電阻工作原理；
 

　　2、掌握三極管9013的開關特性；
 

　　3、掌握5V繼電器工作原理；
 

　　4、掌握運算放大器LM358的使用方法；
 

　　二、實驗器材
 

　　1、MXY9001光電技術創新綜合實訓平臺1臺；
 

　　2、MXY9001-光控燈和光控開關系統組件1塊；
 

　　3、光源實驗裝置2個，光電探測裝置1個；
 

　　4、發光二極管2個；
 

　　5、光敏電阻1個；
 

　　6、滑塊3個；
 

　　7、支桿3個；
 

　　8、連接線若干；
 

　　三、實驗原理
 

　　1、光敏電阻工作原理
 

　　光敏電阻的工作原理是基于內光電效應，在半導體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常采用涂敷、噴涂、燒結等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內，以免受潮影響其靈敏度。入射光消失后，由光子激發產生的電子-空穴對將復合，光敏電阻的阻值也就恢復原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到一定波長的光線照射時，電流就會隨光強的增大而變大，從而實現光電轉換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導體的導電能力取決于半導體導帶內載流子數目的多少。

 

　　2、NPN9013特性
 

　　三極管，是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結，兩個PN結 把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發射區和集電區。9013是一種NPN型小功率三極管。

 

 

　　NPN9013工作在放大區的條件：集電結加反向電壓，發射結加正向電壓；
 

　　NPN9013工作在飽和區的條件：集電結加正向電壓，發射結加正向電壓；
 

　　NPN9013工作在截止區的條件：集電結加反向電壓，發射結加反向電壓；
 

　　3、5V繼電器工作原理
 

　　歐姆龍5V繼電器采用的是8引腳封裝，下圖中的1和16表示繼電器觸發端，4，6，8為一組信號控制端，4為輸入端，6為常閉觸點，8為常開觸點；同理13，11，9為第二組信號控制端，13為輸入端，11為常閉觸點，9為常開觸電。在繼電器沒有觸發條件下，4和6導通，4和8斷開；13和11導通，13和9斷開；在繼電器觸發條件下，4和6斷開，4和8導通；13和11斷開，13和9導通。

 

　　注：該繼電器為電流觸發器件，只有在控制端電流達到觸發條件時，繼電器才有動作，并不是說控制端電壓只要達到5V就動作。
 

　　4、LM358工作原理
 

　　LM358是雙運算放大器。內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。特性如下：

 

　　內部頻率補償
 

　　直流電壓增益高(約100dB)
 

　　單位增益頻帶寬(約1MHz)
 

　　電源電壓范圍寬：單電源(3-30V)
 

　　雙電源(±1.5 一±15V)
 

　　低功耗電流，適合于電池 供電
 

　　低輸入偏流
 

　　低輸入失調電壓和失調電流
 

　　共模輸入電壓范圍寬，包括接地
 

　　差模輸入電壓范圍寬，等于電源
 

　　電壓范圍
 

　　輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-1.5V)
 

　　四、實驗步驟
 

　　1、將光敏電阻插在光電探測裝置的兩端插孔中，由于光敏電阻沒有正負極之分，插上即可，如圖1.1所示，再利用支桿和滑塊將光電探測裝置安裝在平臺導軌上，如圖1.2所示；

 

　　2、將發光二極管插在光源實驗裝置上，發光二極管管腳長的為正極，插在白色螺絲對應的插孔，短腳為負極，插在黑色螺釘對應的插孔，如圖1.3所示。再利用支桿和滑塊將光源裝置安裝在平臺導軌上，如圖1.4所示；在本實驗中需要2組光源，一組用于給光敏電阻提供光源，另一組作為繼電器動作的指示燈；因此要組裝2套光源裝置。

 

　　3、取出MXY9001-光控燈和光控開關系統組件，按照原理圖搭建電路，如圖1.5所示

 

　　4、按照原理圖檢查電路，在保證沒有錯誤的前提下接通實訓平臺電源；將光源裝置(光源D2)與光電探測裝置(光敏電阻R1)相對安放，將另一個光源裝置(指示燈D1)單獨安放，如圖1.6所示

 

　　5、調節光源D2電路中的滑動變阻器，使發光二極管逐漸調亮，光敏電阻阻值變小，同向運算放大器的正輸入電壓變小，LM358的輸出電壓很小，三極管工作在截止狀態，繼電器不動作，7和5管腳是斷開的，指示燈不亮；調節光源部分滑動變阻器，使發光二極管逐漸變暗，光敏電阻阻值急劇變大，LM358輸出電壓接近5V，三極管導通，工作在飽和狀態，繼電器發生動作5和7導通，指示燈被點亮。
 

　　五、關機與結束
 

　　①  將所測的數據及實驗結果保存好，分析實驗結果的合理性，如不合理，則應重新補做上述實驗；若合理，可以進行關機；
 

　　②  將實驗平臺的電源關掉，再將所用的配件放回配件箱；
 

　　③  將實驗所用儀器收拾好，再請指導教師檢查，批準后離開實驗室。